1、- 1 - 锚杆 锚固 质量检测 及应用 胡建立 陈华 （中国水利水电第七工程局科研设计院 ， 四川 郫县 611730） （ 武汉珞珈博特工程技术有限公司 湖北 武汉 430070） 摘 要： 针对 瀑布沟 地下厂房 工程系统 锚杆施 长径大 长径比为 （ 200 400），在采用抗拉拔力不能检测锚杆水泥砂浆灌注饱满的情况下， 应 用 声频应力波 方法 检测 锚杆 水泥砂浆灌注的饱满度 和长度 ，对锚杆施工质量进行有效 检测 ，取 得 了较好的效果。 关键词： 锚杆 质量控制 注浆 水泥砂浆 1 前言 在地下洞室开挖施工过程中，随着 开挖 施工的进行，山体围岩 整体性 被破坏，围岩应力释放，
2、加之围岩 自身存在 的破碎带，表面风化，夹泥层等缺陷，极 其容易产生坍塌现象。因此在洞室施工中 通常 采用锚杆对围岩进行锚固， 开挖 岩石 面喷射混凝土来抑制岩石表层继续风化。 通过以上措施 提高 围岩 整体承载力，抑制坍塌现象。但锚杆锚固质量的优劣对能否围 提高 岩整体承载力有着直接影响， 是锚杆能否按设计要求起作用的重要指标。 采用何种手段检测锚杆 的 锚固质量 ，国内外学者一直在进行研究。 传统 的测试方法是 用抗拉拔力 来 检测锚杆 的 锚固质量，随着科学技术的发展，在三峡 水电站 和龙滩水电站开始 应 用 声频应力波法来 检测锚杆锚固质量。 采用 抗拉拔力作为检测指标时， 国内外试验
3、研究表明：对于高强螺纹锚杆， 当锚固长度达到锚杆直径的 42 倍时 ，握裹力不再随着锚杆长度的增加而增加，并且无法判断水泥砂浆灌注饱满与否。 采用声 频应力 波 法 检测，能够判断水泥砂浆灌注饱满程度 和锚杆长度 。 在瀑布沟水电站地下厂房工程中，系统锚杆为全长黏结型，锚杆长度与直径比 在 200 400之间 ，水泥砂浆灌注 的 饱满 度是检测锚杆质量的一项重要指标。因此，瀑布沟地下厂房工程中 的锚杆 质量检测 使用应用 声频应力波法原理生产LX-10E 锚杆质量检测仪 ，该仪器能 够判断锚杆长度和锚杆水泥砂浆灌注的饱满程度。 2 LX-10E 锚杆质量检测仪 测试原理 当水泥砂浆灌注后，锚杆
4、、砂浆和围岩组合为一个体系。对锚杆进行检测时，从锚杆端部发射的声波，经 锚 杆体向四周传播，在锚杆与砂浆及围岩的接触界面上发生入射、反射和透射。 当杆中某一截面 面积或材料性质发生改变时，入射波将在该截面处发生反射和透射，其反射和透射波的大小与截面面积和波阻抗相对变化的程度有关。锚杆、砂浆、和围岩三者之间浇灌均匀密实时，应力波的能量大部分透射到围岩体中，只有小部分能量反射回来，且反射信号极有规律。当砂浆浇灌不 均匀、密实时，在砂浆中出现空穴，在空穴处将出现不同程度的波阻抗变化面。表现在原有的信号中迭加了强度不同的反射信号，或在不应出现反射波处有反射信号，根据反射波位置和反射信号的强弱，就可以确
5、定锚杆锚固质量。 3 LX-10E 锚杆质量检测仪的组成 LX-10E 锚杆质量检测仪由大功率声波发射接收系统、数据采集系统和数据处理软件系统构成。采用新型超磁致伸缩材料发射换能器，保证每次发射信号的一致性好，发 射功率可调节，可适应测量不同长度锚杆的要求。接收换能器结构精致，外形似指头细小，其灵敏度高，接收频带宽。数据采集系统的 采样精度为 24bit，接收带宽为 400Hz 10kHz，采样长度为 0.5k 64k，时- 2 - 间精度最小可达 0.1us，信号采用差分输入，可抑制交流干扰，最多可选 4 个通道同时进行采集，可运用相关分析办法提取信号特征。自带数据处理系统，能对采集信号进行
6、实时处理，进行频谱分析、数字滤波、微积分处理、能量均衡、波形平滑、指数放大和剔除直流分量等处理功能。 数据后处理软件是针对 LX-10E 锚杆质量检测仪专门开发的配套软件， 软件界面友好，操作简洁，功能强大。主要功能有锚杆仪与微机间的数据传输，串行通信；坐标轴填充波形显示、锚杆长度标定；零相位滤波；归一化处理；砂浆饱和度（密实度）的计算；反褶积处理；时频小波多尺度分析；高阶统计量分析等。 4 LX-10E 锚杆质量检测仪的应用 在瀑布沟地下厂房工程中 检测 锚杆灌 端，在其端部安放发射装 置 和接收换能器 ，测试方式为端发端收 。因为螺纹钢的介质均匀，速度一定，对检测结果比较简单，且信号比较稳
7、定，这大大提高了检测结果的精度和准确性。 检测时如果端部表面有水泥浆，应将水泥浆液清除后再安放发射装 置 和接收换能器，保证发射装 置 和接收换能器表面与锚杆断面完全接触。否则将影响测试结果的准确性。 5 锚杆的模拟试验 为 真实可靠的检测锚杆 长度和 水泥砂浆灌注的饱满程度，现场 进行了 模拟试验 。 模拟试验在 地下厂房 尾闸室顶拱进行，按照试验大纲要求，分别 按 灌注 饱满度为 100， 75， 50制 作 试验锚杆，钻孔深度为 8 米，锚杆外露 1 米制做试验锚杆 ，锚杆端面应平整，不能有凹凸不平现象（锚杆制 作 要求见图 1图 4）。 待 水泥砂浆 达到龄期后采用 LX-10E 锚杆
8、质量检测仪检测锚杆 长度和 注浆饱满度 ，从检测结果（图 5图 8）分析得出： LX-10E 锚杆质量检测仪能够反映锚杆长度和注浆饱满度，其误差在 5以内 。图 1 饱满度 100%、无缺陷标准锚杆制作 图 2、饱 满 度为 75，底部有缺陷标准锚 杆 制作 图 3 饱 满 度 75%、中部有缺陷标准锚 图 4 饱满度 50%、底部有 缺陷标准锚杆 制作 - 3 - 图 5 饱满度 100%、无缺陷标准锚杆检测成果图（对应图 1）测结果：饱满度 95.9，长度 7.97 米 图 6 饱 满 度 75%、底部有缺陷标准锚杆 检测成果图（对应图 2） 检测结果： 饱满度 79.2，长度 8.08
9、米 。 图 7 饱 满 度 75%、中部有缺陷标准锚 杆 检测成果图（对应图 3） 检测结果： 饱满度 72.1，长度 7.97 米 。 图 8 饱满度 50%、底部有缺陷标准锚杆检测成果图（对应图 4）检测结果 ： 饱满度 55.4，长度 7.93 米 6 结语 在瀑布沟 水电站地下厂房工程中，为了有效检测锚杆的锚固质量，使 用 LX-10E 锚杆质量检测仪 对锚杆质量进行检测。 该仪器利用声频应力波在不同波阻抗面反射的能量和相位的变化原理，采用特殊的声波发射和接收装置， 能够反映锚杆的真实质量情况。与传统的拉拔试验相比，能够快速检测锚杆质量，判断锚杆水泥砂浆的饱满程度，并且对锚杆不产生伤害。 作者 简介： 胡建立（ 1973- ），男，四川广安人，中国水利水电第七工程局科研设计院瀑布沟 水 电站试验室主任，工程师，从事水电工程施工技术 及管理 工作。 参考文献： 1 王军民 .超磁材料与 CJ 型换能器，水利水电快报， 1999 年第 20 卷增刊 ,26-28. - 4 - 2 朱厚卿 .稀土超磁致伸缩材料的应用，应用声学， 1998,Vol.6, No.5, 36-39.
